王陸峰

1 概述

2 原材料及配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)選擇SMA-16型級配進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)。其集料為玄武巖碎石，礦粉為石灰石粉，纖維分別選用木質(zhì)纖維素、玄武巖礦物纖維和聚丙烯腈纖維。瀝青采用殼牌生產(chǎn)的SBS改性瀝青。原材料試驗(yàn)結(jié)果見表1～表3。按各檔集料確定的比例配制混合料，對摻加三種不同纖維的SMA-16型混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。三種混合料最佳油量的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表1 集料試驗(yàn)結(jié)果

表2 瀝青試驗(yàn)結(jié)果

表3 纖維試驗(yàn)結(jié)果

3 纖維對SMA路用性能影響試驗(yàn)

3.1 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

瀝青混合料的水穩(wěn)定性應(yīng)分別用馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比評價(jià)。三種纖維混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4 瀝青混合料最佳油量馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表5 三種混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

從三種纖維殘留穩(wěn)定度比較來看，不同纖維SMA的殘留穩(wěn)定度相差不大，木質(zhì)素纖維的作用較好，這與木質(zhì)素纖維的加入使混合料最佳瀝青用量增加較多有關(guān)。雖然從劈裂強(qiáng)度比看玄武巖礦物纖維較低，但是其凍融前后的劈裂強(qiáng)度遠(yuǎn)高于另兩種纖維的SMA混合料。

3.2 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

高溫穩(wěn)定性是指在夏季氣溫較高情況下，在交通荷載作用下瀝青路面抵抗車轍、推移、壅包等永久變形的能力。對三種纖維分別成型300 mm×300 mm×50 mm的試件，進(jìn)行車轍試驗(yàn)，檢測其動穩(wěn)定度DS。從表6可以看出，玄武巖礦物纖維的動穩(wěn)定度(5 547次/mm)明顯大于另外兩種纖維混合料。說明礦物纖維與另外兩種纖維比較有較好的抗車轍性能。

表6 三種混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

3.3 疲勞性能試驗(yàn)

目前室內(nèi)瀝青混合料的小型疲勞試驗(yàn)方法眾多，較為普遍的試驗(yàn)方法主要是間接拉伸法(即劈裂疲勞試驗(yàn))、梯形懸臂梁彎曲法和四點(diǎn)彎曲法。本試驗(yàn)選用四點(diǎn)彎曲疲勞方法進(jìn)行混合料疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)如下：將輪碾成型的車轍板切割成400 mm× 50 mm×50 mm的標(biāo)準(zhǔn)四點(diǎn)彎曲小梁試件;試驗(yàn)溫度：15℃;試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑簯?yīng)變控制方式;試驗(yàn)波形：偏正弦波;試驗(yàn)頻率：10 Hz。三種不同纖維的疲勞試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 三種混合料四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果

隨著應(yīng)變水平的增加，瀝青混合料的初始勁度模量和疲勞壽命迅速降低。在三種應(yīng)變水平下木質(zhì)素纖維的初始勁度模量都要大于礦物玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維。從疲勞壽命上來看，聚丙烯腈纖維明顯有助于瀝青混合料疲勞壽命的增加。雖然木質(zhì)素纖維瀝青混合料的初始勁度模量要大，但是其疲勞壽命相對較差。聚丙烯腈纖維的疲勞壽命優(yōu)于玄武巖礦物纖維和木質(zhì)素纖維。

4 結(jié)語

本文對三種典型的纖維SMA混合料的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和疲勞性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到以下幾點(diǎn)：1)從殘留穩(wěn)定度來看，不同纖維對混合料的抗水損害能力影響并不大，木質(zhì)素纖維抗水損害能力略好，這與木質(zhì)素纖維的添加使瀝青用量增多有關(guān)。對凍融劈裂試驗(yàn)來說玄武巖礦物纖維的動穩(wěn)定性較好。2)從車轍試驗(yàn)動穩(wěn)定度數(shù)據(jù)上來看，玄武巖礦物纖維的高溫性能最好。3)通過四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，得出三種纖維的疲勞壽命回歸方程，并且從疲勞壽命上看，聚丙烯腈更多的增加了SMA的疲勞壽命。

［1］ 陳華鑫.纖維瀝青混凝土路面研究［D］.西安：長安大學(xué)碩士論文，2002：17-32.

［2］ 朱朝輝.外摻纖維瀝青混合料的路用性能研究［D］.西安：長安大學(xué)碩士論文，2004：3-5.

［3］ 沈金安，李福普.SMA路面設(shè)計(jì)與鋪筑［M］.北京：人民交通出版社，2003：31-38.

［4］ 張萬磊，孫雪偉，唐建亞.SMA礦物纖維用量比選與評價(jià)［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2006(4)：8-11.

［5］ Witczak M W.Simple Performance Test for Superpave Mix Design.NCHRP Report 465，Transportation Research Board，National Research Council，National Academy Press，Washington D.C，2002.

［6］ Zhou Fujie，Tom Scullion，Sun Lijun.A Three-Stage Model for Characterizing the Permanent Deformation Properties of Asphalt Mixtures.Tentatively Accepted for Publication in Journal of Transportation Engineering，2002.

［7］ SHRP Designation M-009.Determining the Fatigue Life of Compacted Bituminous Mixtures Subjected to Repeated Flexural Bending.SHRP-A-003A，Strategic Highway Research Program，Nation Research Council，1994：28-51.

［8］ G M Rowe，M G Bouldin.Improved techniques to evaluate the fatigue resistance of asphaltic mixtures.2nd Euro asphalt and Euro bitume Congress，2000.